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锂硫电池因其具有极高的理论比能量,高达2600 Wh kg-1,远高于目前商业化的锂离子电池,且正极活性物质硫的储量丰富,价格低廉,环境友好,所以被认为是最有潜力的下一代高容量电池。然而目前锂硫电池仍有诸多问题亟待解决:单质硫和放电产物硫化锂是绝缘材料导致活性物质的利用率极低,需加入大量的导电剂以改善电极的导电性;反应过程中单质硫会产生中间产物多硫离子,多硫离子可以溶解于电解液中产生穿梭效应;活性物质在反应过程中会产生体积变化导致电极结构的破坏。本文通过利用二氧化硅对多硫离子的化学吸附及导电聚苯胺对活性物质导电性能改善的协同作用,设计制备了具有特殊结构的导电聚苯胺/二氧化硅/硫三元复合材料来改善锂硫电池电化学性能。主要研究内容和结果如下:(1)以化学液相法制备了纳米硫颗粒,将其与纳米二氧化硅在去离子水中超声混合均匀,随后使用苯胺单体将二者共同包覆得到仿细胞结构复合材料(SPS)。对SPS复合材料进行了微观形貌和物相表征,发现其为以纳米硫颗粒为核,导电聚苯胺为壳且纳米二氧化硅镶嵌在壳层中的核壳结构,粒径约为800 nm。将SPS材料制作成电极极片用于锂硫电池,在0.2 C的倍率下充放电首次放电比容量可以达到805 mAh g-1,在循环300次后仍能保留接近500 mAh g-1的比容量,展现了良好的循环性能。这要得益于其独特的仿细胞结构既改善了活性物质的导电性又综合利用了导电聚苯胺壳层的物理屏障及二氧化硅的化学吸附作用。(2)首先将纳米二氧化硅分散到水溶液中,然后通过硫代硫酸钠与盐酸的反应,将单质硫沉积在纳米二氧化硅的表面,再通过过硫酸铵将苯胺单体氧化包覆二氧化硅/硫复合材料,得到一种火龙果结构复合材料SSP。对SSP复合材料进行了微观形貌和物相表征,发现其为以纳米二氧化硅为种子,单质硫为果肉,导电聚苯胺为果皮的火龙果型核壳结构,粒径约为500 nm。将SSP材料制作成电极极片用于锂硫电池,在0.5 C的倍率下充放电230次放电比容量仍可达到500mAh g-1以上,展现了良好的循环性能。这是由火龙果结构更优的结构设计决定的,火龙果结构在继承仿细胞结构优点的基础上,进一步提高了复合材料的导电性,并留有余裕空间以缓解活性物质的体积效应,有利于电池的循环性能和倍率性能。